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朱砂叶螨TcGSTM7的体外表达及其功能

申光茂  李恒  梁金辉  何林  
【摘要】:【目的】朱砂叶螨(Tetranychus cinnabarinus)是一种重要的农业害螨,长期化学防治导致其对多种药剂产生了抗性,因此明确该螨对化学药剂的解毒代谢机制对开展有效的抗性治理具有重要意义。谷胱甘肽S-转移酶(GST)是节肢动物主要的解毒代谢酶之一,笔者前期研究中筛选出了朱砂叶螨体内高表达的一条GST基因TcGSTM7,该基因的表达在药剂处理下具有明显的可诱导性。因此,本研究以TcGSTM7为研究对象,进一步利用异源表达技术分析TcGSTM7重组蛋白和甲氰菊酯、丁氟螨酯的互作效应,以及利用RNAi沉默该基因的表达后,检测朱砂叶螨对这两种药剂的敏感性变化,为明确TcGSTM7在药剂代谢中的功能打下基础。【方法】利用NCBI数据库对TcGSTM7编码蛋白的序列特征进行注释,并在SWISS MODEL构建的蛋白三维结构中对相关结构域、结合位点以及活性中心等进行展示。利用异源表达系统在大肠杆菌(Escherichia coli)中表达TcGSTM7重组蛋白,对重组蛋白进行分离纯化后使用特异性底物检测其GST催化活性,并通过检测杀螨剂对该蛋白活性的抑制效果分析其与甲氰菊酯和丁氟螨酯的互作效应。在此基础上,为明确TcGSTM7基因表达水平对朱砂叶螨药剂敏感性的影响,参照该基因的序列设计并合成特异dsRNA,利用叶碟饲喂法将其导入朱砂叶螨体内,经qPCR检测TcGSTM7表达水平显著下调后,进行生物测定分析基因沉默后朱砂叶螨对不同剂量甲氰菊酯和丁氟螨酯药剂敏感性的变化。【结果】TcGSTM7的氨基酸序列分析结果表明,其N端具有一个Mu家族GST特有的"thioredoxin-like"结构域,以及一个GSH的结合位点(G-site),在C端则具有催化底物结合域(H-site)。该蛋白具有9个α螺旋和4个β折叠结构,呈经典的"βαβαββα"排列方式。在三维结构预测的基础上,通过原核表达技术获得了TcGSTM7重组蛋白,该重组蛋白分子量为26 kD,与预测结果一致,并且具有GST蛋白的催化活性。TcGSTM7重组蛋白酶活性为673.26nmol·min-1·mg~(-1),其动力学常数Km为0.71 mmol·L~(-1),Vmax为109.54 nmol·min-1·mg~(-1)。药剂抑制试验结果表明甲氰菊酯和丁氟螨酯均可抑制TcGSTM7重组蛋白的酶活性,IC_(50)分别为0.038和0.2 mmol·L~(-1)。进一步利用叶碟饲喂法让朱砂叶螨取食dsRNA,对TcGSTM7的表达进行了干扰,qPCR检测表明取食48 h后,dsRNA对TcGSTM7的干扰效率达到52.88%。药剂敏感性测定结果显示,沉默TcGSTM7的表达后,朱砂叶螨对LC_(30)和LC_(50)的甲氰菊酯敏感性分别上升了9.0%和12.3%,对LC_(30)和LC_(50)的丁氟螨酯敏感性分别上升了12.9%和11.0%,且均达到显著水平(P0.05)。【结论】TcGSTM7的表达可以影响朱砂叶螨对甲氰菊酯和丁氟螨酯的敏感性,且其重组蛋白和这两种药剂存在互作效应,表明TcGSTM7可能在朱砂叶螨对甲氰菊酯和丁氟螨酯的代谢过程中具有重要作用。

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